JP3878012B2 - 光導波回路 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光導波回路に関し、より詳細には、コアとクラッドから形成される光導波路を組み合わせて構成される光導波回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数の光信号を異なる光波長に割り当て１本の光ファイバで伝送する光波長分割多重（ＷＤＭ）伝送システムは、伝送路の容量を大幅に増大することが可能である。この光ＷＤＭシステムにより光伝送網を構築する際は、異なる波長の光信号を一本の光ファイバに合波して波長多重するか、または一本の光ファイバ内に波長多重された光信号をその波長毎に分波する光波長合分波回路が必要となる。
【０００３】
特に、Ｎ本の入力ポートとＮ本の出力ポートを有し、さらに周期的な入出力関係の分波特性を有するようなＮ×Ｎ周回性光波長合分波回路は、光ＷＤＭシステムにおいてさまざまな応用が考えられる。
【０００４】
図１は、Ｎ×Ｎ周回性光波長光合分波回路における分波特性の一例を示す図で、Ｎ入力Ｎ出力のポート間にはＮ２のパスが形成されるが、僅かＮ種類の波長λ１〜λＮで全てのパスを独立に設定することが可能である。この特性により、たとえば、Ｎノード間回線をフルメッシュに設定するＮ×Ｎ光波長ルータ機能であるとか、あるいはＮ個の可変波長光源と組合せて使用することでＮ×Ｎ光スイッチ機能を果たすことが可能である。
【０００５】
一方、シリコン基板上に形成した石英系ガラス導波路によって構成されたプレーナ光波回路の研究開発が盛んに行われている。かかるプレーナ光波回路においては、アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）のように光波長合分波を実現する回路などがある。ＡＷＧについて詳しくは、H.Takahashi et al.,"Arrayed-Waveguide Grating for Wavelength Division Multi/Demultiplexer With Nanometer Resolution",Electron.Lett.,vol.26,no2,pp.87-88,1990. に記載されている。
【０００６】
図２は、ＡＷＧの回路構成を示す図で、Ｓｉ基板１に、入力導波路２と第１のスラブ導波路３とアレイ導波路４と第２のスラブ導波路５と出力導波路６とが設けられている。前述したＮ×Ｎ周回性光波長合分波回路は、上述したＡＷＧと光カプラとを組合せたプレーナ光波回路で実現されていた。
【０００７】
図３は、ＡＷＧと光カプラとを用いた従来のＮ×Ｎ周回性光合分波回路の一例を示す図で、図中符号１１はＮ本の入力ポート、１２はＮ本の出力ポート、１３は複数の入出力導波路を有するＡＷＧ、１４は複数の２×１光カプラ、１５はＡＷＧ１３と光カプラ１４を接続する複数の接続用導波路である。
【０００８】
図３では一例として、入出力ポート数が４、波長多重数が４、ＡＷＧ１３の入出力導波路数が８の場合を示している。ＡＷＧ１３の８本の入力導波路のうち４本に接続された４本の入力ポート１１から、４波多重された光信号Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４をＡＷＧ１３に入射する。
【０００９】
ここで、アルファベット文字は入力ポートの位置を、数字は光波長を表しており、アルファベット文字が同じ光信号は同じ入力ポートに入射されたことを示し、数字が同じ光信号は同じ光波長であることを示す。従って、ここでは４種類の波長で１６の異なる光信号が伝播していることになる。入力光信号はＡＷＧ１３の特性に従って図示したような波長配置、即ち各入力導波路からの光信号が波長毎に１つずつずれた出力ポートに波長分波され、各接続用導波路１５に出力される。
【００１０】
次に、接続用導波路のうち、ＡＷＧ１３の出力導波路（２）と（６）、（３）と（７）、（４）と（８）に対応する導波路同士を２×１光カプラ１４で合流する。その結果、２×１光カプラ１４の出力端に接続されたＮ本の出力ポート１２において、図１で説明した周期的な入出力関係の分波特性が実現される。
【００１１】
このように、ＡＷＧと光カプラによってＮ×Ｎ周回性光波長合分波回路を単一のプレーナ光波回路として構成する場合、ＡＷＧと光カプラを接続する接続用導波路においては、最大Ｎ−１本の他の接続用導波路との交差が必要である。図３のＮ＝４の例であれば、ＡＷＧ１３の出力導波路（４）あるいは（５）に対応する導波路は、他の３本の導波路と交差する。
【００１２】
また、ＡＷＧ１３の出力導波路（３）あるいは（６）に対応する導波路、および（２）あるいは（７）に対応する導波路は、他の導波路とそれぞれ２回、１回交差し、（８）に対応する導波路は交差が無い。すなわち、各接続用導波路によって他の導波路と交差する回数が異なるわけである。
【００１３】
Ｎ×Ｎ周回性光波長合分波回路を一つの例として、上述したプレーナ光波回路のような光導波回路では、より複雑な導波路レイアウトを実現するため、または複数の要素回路を組合せて接続するために、導波路の交差が必要となることがある。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、導波路の交差においては損失が生じるため、複雑な導波路レイアウトや、多数の要素回路の組合せ接続において、多数の交差を含む回路となると、その損失の累積のために回路の損失特性が悪化してしまい、回路の実用が困難となる。
【００１５】
特に上述したように、Ｎ×Ｎ周回性光波長合分波回路を単一のプレーナ光波回路として構成する場合、回路の規模Ｎに対して最大Ｎ−１回の導波路交差が存在し、また各接続導波路によって交差回数が異なる。よって大規模な回路を実現しようとすると、回路の損失が大きくなってしまい、また入出力ポートおよび回路を通過する光信号波長によって、大きな損失差が生じてしまう。
【００１６】
このため、従来の周回性光波長合分波回路ではその波長多重数や入出力ポート数といった回路規模が大きく、かつ良好な損失特性を有する回路を実現するのが困難であるという問題があった。
【００１７】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、多数の交差を含みながらも低損失である実用的な光導波回路、特に、その回路規模Ｎが大きく、かつ良好な損失特性を有するＮ×Ｎ周回性光合分波回路である光導波回路を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、クラッドとコアとを有する第１の光導波路と、クラッドとコアとを有し、かつ前記第１の光導波路と順次交差する複数の光導波路からなる第２の光導波路群を含む光導波回路であって、Ｎ本（Ｎは２以上の整数）の入力導波路と２Ｎ本の出力導波路を有するＮ×２Ｎアレイ導波路格子を備え、前記第１の光導波路が、前記出力導波路のうち導波路Ｌ（Ｌ＝２、３、・・・Ｎ）に一端を接続しており、かつ前記第２の光導波路群の各導波路が、前記出力導波路のうち導波路Ｎ＋１から導波路Ｎ＋Ｌ−１それぞれに一端を接続しており、前記出力導波路のうち導波路Ｍと導波路Ｍ＋Ｎ（Ｍ＝１、２、・・・Ｎ）の各導波路に一端を接続する導波路対を他端で合流するＭ個の光カプラを備え、前記入力導波路を入力ポートとし、前記光カプラの出力を出力ポートとしており、前記第１の光導波路で前記第２の光導波路群との交差から生じる最大の光強度損失と、前記Ｎ×２Ｎアレイ導波路格子における前記出力導波路の各導波路間の最大光強度損失差がほぼ等しくなるよう前記Ｎ×２Ｎアレイ導波路格子の自由スペクトル領域を設定し、前記出力ポートの損失を均一にすることが可能な周回性光合分波回路であることを特徴とする。
また、請求項２に記載の発明は、クラッドとコアとを有する第１の光導波路と、クラッドとコアとを有し、かつ前記第１の光導波路と順次交差する複数の光導波路からなる第２の光導波路群を含む光導波回路であって、Ｎ本（Ｎは２以上の整数）の入力導波路と２Ｎ本の出力導波路を有するＮ×２Ｎアレイ導波路格子を備え、前記第１の光導波路が、前記出力導波路のうち導波路Ｌ（Ｌ＝Ｎ＋１、Ｎ＋２、・・・２Ｎ−１）に一端を接続しており、かつ前記第２の光導波路群の各導波路が、前記出力導波路のうち導波路Ｌ−Ｎ＋１から導波路Ｎそれぞれに一端を接続しており、前記出力導波路のうち導波路Ｍと導波路Ｍ＋Ｎ（Ｍ＝１、２、・・・Ｎ）の各導波路に一端を接続する導波路対を他端で合流するＭ個の光カプラを備え、前記入力導波路を入力ポートとし、前記光カプラの出力を出力ポートとしており、前記第１の光導波路で前記第２の光導波路群との交差から生じる最大の光強度損失と、前記Ｎ×２Ｎアレイ導波路格子における前記出力導波路の各導波路間の最大光強度損失差がほぼ等しくなるよう前記Ｎ×２Ｎアレイ導波路格子の自由スペクトル領域を設定し、前記出力ポートの損失を均一にすることが可能な周回性光合分波回路であることを特徴とする。
また、請求項３に記載の発明は、クラッドとコアとを有する第１の光導波路と、クラッドとコアとを有し、かつ前記第１の光導波路と順次交差する複数の光導波路からなる第２の光導波路群を含む光導波回路であって、前記第１の光導波路は、前記第２の光導波路群と交差する交差部と、該交差部の前後でコア幅を変換するテーパ部と、光波を入出力する入力端部および出力端部とを有し、前記交差部のコアの幅が前記入出力端部のコアの幅と異なるか又は前記交差部のコアの高さが前記入出力端部のコアの高さと異なるか又は前記交差部のコアの幅、高さが共に前記入出力端部のコアの幅、高さと各々異なるように設定され、前記入出力端部と前記交差部の間は、前記テーパ部によって滑らかにコア幅が変換されており、Ｎ本（Ｎは２以上の整数）の入力導波路と２Ｎ本の出力導波路を有するＮ×２Ｎアレイ導波路格子を備え、前記第１の光導波路が、前記出力導波路のうち導波路Ｌ（Ｌ＝２、３、・・・Ｎ）に一端を接続しており、かつ前記第２の光導波路群の各導波路が、前記出力導波路のうち導波路Ｎ＋１から導波路Ｎ＋Ｌ−１それぞれに一端を接続しており、前記出力導波路のうち導波路Ｍと導波路Ｍ＋Ｎ（Ｍ＝１、２、・・・Ｎ）の各導波路に一端を接続する導波路対を他端で合流するＭ個の光カプラを備え、前記入力導波路を入力ポートとし、前記光カプラの出力を出力ポートとしており、前記第１の光導波路で前記第２の光導波路群との交差から生じる最大の光強度損失と、前記Ｎ×２Ｎアレイ導波路格子における前記出力導波路の各導波路間の最大光強度損失差がほぼ等しくなるよう前記Ｎ×２Ｎアレイ導波路格子の自由スペクトル領域を設定し、前記出力ポートの損失を均一にすることが可能な周回性光合分波回路であることを特徴とする。
また、請求項４に記載の発明は、クラッドとコアとを有する第１の光導波路と、クラッ ドとコアとを有し、かつ前記第１の光導波路と順次交差する複数の光導波路からなる第２の光導波路群を含む光導波回路であって、前記第１の光導波路は、前記第２の光導波路群と交差する交差部と、該交差部の前後でコア幅を変換するテーパ部と、光波を入出力する入力端部および出力端部とを有し、前記交差部のコアの幅が前記入出力端部のコアの幅と異なるか又は前記交差部のコアの高さが前記入出力端部のコアの高さと異なるか又は前記交差部のコアの幅、高さが共に前記入出力端部のコアの幅、高さと各々異なるように設定され、前記入出力端部と前記交差部の間は、前記テーパ部によって滑らかにコア幅が変換されており、Ｎ本（Ｎは２以上の整数）の入力導波路と２Ｎ本の出力導波路を有するＮ×２Ｎアレイ導波路格子を備え、前記第１の光導波路が、前記出力導波路のうち導波路Ｌ（Ｌ＝Ｎ＋１、Ｎ＋２、・・・２Ｎ−１）に一端を接続しており、かつ前記第２の光導波路群の各導波路が、前記出力導波路のうち導波路Ｌ−Ｎ＋１から導波路Ｎそれぞれに一端を接続しており、前記出力導波路のうち導波路Ｍと導波路Ｍ＋Ｎ（Ｍ＝１、２、・・・Ｎ）の各導波路に一端を接続する導波路対を他端で合流するＭ個の光カプラを備え、前記入力導波路を入力ポートとし、前記光カプラの出力を出力ポートとしており、前記第１の光導波路で前記第２の光導波路群との交差から生じる最大の光強度損失と、前記Ｎ×２Ｎアレイ導波路格子における前記出力導波路の各導波路間の最大光強度損失差がほぼ等しくなるよう前記Ｎ×２Ｎアレイ導波路格子の自由スペクトル領域を設定し、前記出力ポートの損失を均一にすることが可能な周回性光合分波回路であることを特徴とする。
また、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明において、前記第１の光導波路における前記交差部が直線導波路であることを特徴とする。
また、請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の発明において、前記第２の光導波路群に含まれる各導波路が、前記第１の光導波路と所定の一定の間隔で交差することを特徴とする。
また、請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６のいずれかに記載の発明において、前記クラッドと前記コアが石英系ガラスからなることを特徴とする。
また、請求項８に記載の発明は、請求項５乃至７のいずれかに記載の発明において、前記第１の光導波路と、前記第２の光導波路群に含まれる導波路の一部あるいは全部が、垂直に交差するように前記第１の光導波路および前記第２の光導波路群を配置したことを特徴とする。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。
【００２７】
［実施例１］
図４及び図５（ａ），（ｂ）は、本発明の光導波回路の第１実施例を説明するための図で、図４は、光導波回路の平面図、図５（ａ）は、図４におけるａ−ａ’線での断面図、図５（ｂ）は図４におけるｂ−ｂ’線での断面図である。図中符号２１はＳｉ基板、２８はクラッドであり、２２〜２７は導波路コアの形状を示している。２２は入力端部、２３はテーパ部、２４は交差部、２５はテーパ部、２６は出力端部、２７は交差部２４と交差する対象の導波路である。
【００２８】
ここで導波路コアの幅は、入出力端部２２および２６においてｗ１、交差部２４においてｗ２とし、導波路コアの厚さはｈとする。ここで本発明の特徴として、ｗ２＞ｗ１である。交差部２４の導波路２７の交差ピッチは一定値ｄであり、交差角度をθとする。
【００２９】
本実施例においては、導波路コアとクラッドの屈折率差を１．５％とし、光波長１．５μｍ帯の光波が伝播するものとする。入出力端部２２および２６におけるコアのサイズｗ１×ｈは、伝播する光波の単一モードであるよう５μｍ×５μｍと設定する。
【００３０】
図６は、導波路の交差間隔ｄ＝１０００μｍ、交差角度θ＝８０°としたときの単一交差あたりの光強度損失を、ｗ２の関数として示した図である。ｗ２＝ｗ１＝５μｍであるときに比べ、ｗ２＞ｗ１とすることで交差による損失が低減できることがわかる。この実施例においてはｗ２＝１２μｍを採用する。
【００３１】
ここで本実施例においては、交差部２４と交差する導波路２７が１００本あるとした場合、従来のようにｗ２＝ｗ１＝５μｍであるときの交差損失は５．８ｄＢであるのに対し、本発明のようにｗ２＝１２μｍであるときの交差損失は１．８ｄＢであり、本発明により大幅な交差損失低減が可能であることがわかる。
【００３２】
［実施例２］
図７及び図８（ａ），（ｂ）は、本発明の光導波回路の第２実施例を説明するための図で、図７は光導波路回路の平面図で、図８（ａ）は、図７におけるａ−ａ’線での断面図、図８（ｂ）は、図７におけるｂ−ｂ’線での断面図である。図中符号３１はＳｉ基板、３８はクラッドであり、３２〜３７は導波路コアの形状を示している。３２は入力端部、３３はテーパ部、３４は交差部、３５はテーパ部、３６は出力端部、３７は交差部３４と交差する対象の導波路である。
【００３３】
ここで導波路コアの幅は、入出力端部３２および３６においてｗ１、交差部３４においてｗ２とし、導波路コアの厚さはｈとする。ここで本発明の特徴として、ｗ２＞ｗ１である。交差部３４の導波路３７の交差ピッチは一定値ｄであり、交差角度をθとする。
【００３４】
本実施例においては、導波路コアとクラッドの屈折率差を１．５％とし、光波長１．５μｍ帯の光波が伝播するものとする。入出力端部３２および３６におけるコアのサイズｗ１×ｈは、伝播する光波の単一モードであるよう５μｍ×５μｍと設定する。
【００３５】
図９は、導波路の交差間隔ｄ＝１０００μｍ、交差角度θ＝８０°としたときの単一交差あたりの光強度損失、ｗ２の関数として示した図である。ｗ２＝ｗ１＝５μｍであるときに比べ、ｗ２＜ｗ１とすることで交差する損失が低減できることがわかる。この実施例においてはｗ２＝３μｍを採用する。
【００３６】
ここで本実施例においては、交差部３４と交差する導波路３７が１００本あるとした場合、従来のようにｗ２＝ｗ１＝５μｍであるときの交差損失は５．８ｄＢであるのに対し、本発明のようにｗ２＝３μｍであるときの交差損失は３．５ｄＢであり、本発明により大幅な交差損失低減が可能であることがわかる。
【００３７】
［実施例３］
図１０は、本発明の光導波回路の第３実施例を説明するための図で、本発明の光導波回路を、Ｎ×Ｎ周回性光合分波回路に適用した構成図である。図中符号４１はＳｉ基板、４２は入力導波路数がＮ、出力導波路数が２Ｎである、Ｎ×２ＮＡＷＧであり、Ｎ本の入力導波路がＮ×Ｎ周回性光合分波回路の入力ポートとなる。４３〜４７は交差を含む２Ｎ本の接続導波路であり、４３は入力端部、４４はテーパ部、４５は交差部、４６はテーパ部、４７は出力端部である。４８は２つの光入力を合流するＮ個の光カプラであり、本例においてはマルチモード干渉回路を採用している。各光カプラ４８からのＮ本の出力導波路がＮ×Ｎ周囲性光合分波回路の出力ポートとなる。
【００３８】
本実施例においては、導波路コアとクラッドの屈折率差を１．５％とし、光波長１．５５μｍ帯の光波を合分波するものとする。Ｎ×２ＮＡＷＧ４２の入出力導波路およびアレイ導波路、接続導波路の入出力端部４３および４７、光カプラ４８の入出力導波路におけるコアのサイズは、伝播する光波が単一モードであるよう５μｍ×５μｍと設定する。接続導波路の交差部４３におけるコア幅は、入出力端部より太く１２μｍとし、他の接続導波路との交差間隔を１０００μｍとする。
【００３９】
図１１は、導波路のコア幅１２μｍ、交差間隔１０００μｍとしたときの単一交差あたりの光強度損失を交差角度の関数として示した図である。交差角度９０度で損失がもっとも低く、単一交差あたり０．０１５ｄＢである。本実施例においては、接続導波路の交差角度が９０度となるよう図１０のように導波路をレイアウトする。
【００４０】
ここで本実施例のＮ×Ｎ周回性光合分波回路において、Ｎ＝１００であるとした場合、接続導波路の交差数は最大で９９ある。従来のように交差部のコア幅を５μｍで交差したときの交差損失は、単一交差あたり０．０５１ｄＢであるから、最大で５．１ｄＢになる。本発明での交差損失は単一交差あたり０．０１５ｄＢであるから、最大で１．５ｄＢであり、本発明によって最大交差損失およびポートによる交差損失差が低減可能であることがわかる。
【００４１】
また一般に、Ｎ×２ＮＡＷＧの合分波波長間隔をｓ［ｎｍ］、自由スペクトル領域（Free Spectral Range：ＦＳＲ）をｔ［ｎｍ］とすると、Ｎ×２ＮＡＷＧ４２の中央の出力導波路への出力と、端部の出力導波路への出力との損失差は、図１２のように２ｓＮ／ｔに依存する。図１２からわかるように、ＦＳＲをもっとも小さくｔ＝２ｓＮと設計した場合の損失差は２．５ｄＢ程度になり、ＦＳＲを大きく設計するにつれ、損失差は減少する。
【００４２】
図１０に示した構成図からわかるように、Ｎ×Ｎ周回性光合分波回路において、Ｎ×２ＮＡＷＧ４２のｉ番目の出力導波路に接続する接続導波路の交差数は、ｉ≦Ｎのときｉ−１、ｉ≧Ｎのとき２Ｎ−ｉである。すなわち、Ｎ×２ＮＡＷＧ４２の中央の出力導波路に接続する接続導波路では交差数が最小であり、端の出力導波路に接続する接続導波路では交差数が最大となる。これにより、Ｎ×２ＮＡＷＧ４２の中央と端の出力の損失差が、これらに接続する接続導波路における交差損失差を相殺するようにＦＳＲを設計することで、Ｎ×Ｎ周回性光合分波回路の各出力ポートの損失を均一にすることが可能である。
【００４３】
ここで本実施例のＮ×Ｎ周回性光合分波回路において、Ｎ＝１００であるとした場合、Ｎ×２ＮＡＷＧ４２の各出力での損失分布と、それらに接続する接続導波路における交差損失分布、および両損失の和を図１３に示す。本実施例ではＮ×２ＮＡＷＧ４２のＦＳＲはｔ＝１．２３×２ｓＮを採用し、図１３に示すように、Ｎ×２ＮＡＷＧ４２の中央の出力の損失は３．０ｄＢ、端の出力の損失は４．５ｄＢとなって、その損失差は１．５ｄＢである。一方、接続導波路における交差損失は単一交差あたり０．０１５ｄＢであるから、Ｎ×２ＮＡＷＧ４２の中央の出力導波路に接続する接続導波路で最大の１．５ｄＢ、端の出力導波路に接続する接続導波路では交差が無く交差損失はゼロである。
【００４４】
よって、Ｎ×２ＮＡＷＧ４２との接続導波路を合わせた損失の分布は、図１３に示すように、４．０−４．５ｄＢの間に収まり、損失偏差を０．５ｄＢ以下に抑えることができている。Ｎ×２ＮＡＷＧ４２の入力導波路間の損失差、および各光カプラ間の損失差は比較的小さいので、Ｎ×Ｎ周回性光合分波回路の各出力ポートの損失を０．５ｄＢ程度の範囲で均一にすることができ、本発明により、低損失かつ損失均一なＮ×Ｎ周回性光合分波回路を実現できる。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、クラッドとコアとから構成される第１の光導波路と、クラッドとコアとから構成され、かつ第１の光導波路と順次交差する複数の光導波路からなる第２の光導波路群を含む光導波回路であって、第１の光導波路は、第２の光導波路群と交差する交差部と、交差部の前後でコア幅を変換するテーパ部と、光波を入出力する入力端部および出力端部とから構成され、交差部のコアの幅が入出力端部のコアの幅と異なるか又は交差部のコアの高さが入出力端部のコアの高さと異なるように設定され、入出力端部と交差部の間は、テーパ部によって滑らかにコア幅が変換されているので、交差を含む光導波回路における交差損失を低減し、かつ従来より低損失である実用的な光導波回路を実現できる。特に、波長多重数や入出力ポート数といった回路規模が大きく、かつ従来のものよりも良好な損失特性、すなわち低損失性および損失均一性を有する、Ｎ×Ｎ周回性光合分波回路を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｎ×Ｎ周回性光波長光合分波回路における分波特性の一例を示す図である。
【図２】ＡＷＧの回路構成を示す図である。
【図３】ＡＷＧと光カプラとを用いた従来のＮ×Ｎ周回性光合分波回路の一例を示す図である。
【図４】本発明の光導波回路の第１実施例を説明するための図で、光導波回路の平面図である。
【図５】本発明の光導波回路の第１実施例を説明するための図で、（ａ）は、図４におけるａ−ａ’線での断面図、（ｂ）は図４におけるｂ−ｂ’線での断面図である。
【図６】導波路の交差損失の導波路コア幅依存性を示す図である。
【図７】本発明の光導波回路の第２実施例を説明するための図で、光導波路回路の平面図である。
【図８】本発明の光導波回路の第２実施例を説明するための図で、（ａ）は、図７におけるａ−ａ’線での断面図、（ｂ）は、図７におけるｂ−ｂ’線での断面図である。
【図９】導波路の交差損失の導波路コア幅依存性を示す図である。
【図１０】本発明の光導波回路の第３実施例を説明するための図である。
【図１１】導波路の交差損失の交差角度依存性を示す図である。
【図１２】ＡＷＧの中央−端出力の損失差のＦＳＲ依存性を示す図である。
【図１３】本発明の第３実施例であるＮ×Ｎ周回性光合分波回路におけるＡＷＧの出力の損失分布および接続導波路の交差損失分布を示す図である。
【符号の説明】
１，２１，３１，４１ Ｓｉ基板
２ 入力導波路
３ 第１のスラブ導波路
４ アレイ導波路
５ 第２のスラブ導波路
６ 出力導波路
１１ 入力ポート
１２ 出力ポート
１３ ＡＷＧ
１４，４８ ２×１光カプラ
１５ 接続用導波路
２２，３２，４３ 導波路入力端部
２３，２５，３３，３５，４４，４６ 導波路テーパ部
２４，３４，４５ 導波路交差部
２６，３６，４７ 導波路出力端部
２７，３７ 導波路
２８，３８ クラッド
４２ Ｎ×２ＮＡＷＧ
【発明の属する技術分野】
本発明は、光導波回路に関し、より詳細には、コアとクラッドから形成される光導波路を組み合わせて構成される光導波回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数の光信号を異なる光波長に割り当て１本の光ファイバで伝送する光波長分割多重（ＷＤＭ）伝送システムは、伝送路の容量を大幅に増大することが可能である。この光ＷＤＭシステムにより光伝送網を構築する際は、異なる波長の光信号を一本の光ファイバに合波して波長多重するか、または一本の光ファイバ内に波長多重された光信号をその波長毎に分波する光波長合分波回路が必要となる。
【０００３】
特に、Ｎ本の入力ポートとＮ本の出力ポートを有し、さらに周期的な入出力関係の分波特性を有するようなＮ×Ｎ周回性光波長合分波回路は、光ＷＤＭシステムにおいてさまざまな応用が考えられる。
【０００４】
図１は、Ｎ×Ｎ周回性光波長光合分波回路における分波特性の一例を示す図で、Ｎ入力Ｎ出力のポート間にはＮ２のパスが形成されるが、僅かＮ種類の波長λ１〜λＮで全てのパスを独立に設定することが可能である。この特性により、たとえば、Ｎノード間回線をフルメッシュに設定するＮ×Ｎ光波長ルータ機能であるとか、あるいはＮ個の可変波長光源と組合せて使用することでＮ×Ｎ光スイッチ機能を果たすことが可能である。
【０００５】
一方、シリコン基板上に形成した石英系ガラス導波路によって構成されたプレーナ光波回路の研究開発が盛んに行われている。かかるプレーナ光波回路においては、アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）のように光波長合分波を実現する回路などがある。ＡＷＧについて詳しくは、H.Takahashi et al.,"Arrayed-Waveguide Grating for Wavelength Division Multi/Demultiplexer With Nanometer Resolution",Electron.Lett.,vol.26,no2,pp.87-88,1990. に記載されている。
【０００６】
図２は、ＡＷＧの回路構成を示す図で、Ｓｉ基板１に、入力導波路２と第１のスラブ導波路３とアレイ導波路４と第２のスラブ導波路５と出力導波路６とが設けられている。前述したＮ×Ｎ周回性光波長合分波回路は、上述したＡＷＧと光カプラとを組合せたプレーナ光波回路で実現されていた。
【０００７】
図３は、ＡＷＧと光カプラとを用いた従来のＮ×Ｎ周回性光合分波回路の一例を示す図で、図中符号１１はＮ本の入力ポート、１２はＮ本の出力ポート、１３は複数の入出力導波路を有するＡＷＧ、１４は複数の２×１光カプラ、１５はＡＷＧ１３と光カプラ１４を接続する複数の接続用導波路である。
【０００８】
図３では一例として、入出力ポート数が４、波長多重数が４、ＡＷＧ１３の入出力導波路数が８の場合を示している。ＡＷＧ１３の８本の入力導波路のうち４本に接続された４本の入力ポート１１から、４波多重された光信号Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４をＡＷＧ１３に入射する。
【０００９】
ここで、アルファベット文字は入力ポートの位置を、数字は光波長を表しており、アルファベット文字が同じ光信号は同じ入力ポートに入射されたことを示し、数字が同じ光信号は同じ光波長であることを示す。従って、ここでは４種類の波長で１６の異なる光信号が伝播していることになる。入力光信号はＡＷＧ１３の特性に従って図示したような波長配置、即ち各入力導波路からの光信号が波長毎に１つずつずれた出力ポートに波長分波され、各接続用導波路１５に出力される。
【００１０】
次に、接続用導波路のうち、ＡＷＧ１３の出力導波路（２）と（６）、（３）と（７）、（４）と（８）に対応する導波路同士を２×１光カプラ１４で合流する。その結果、２×１光カプラ１４の出力端に接続されたＮ本の出力ポート１２において、図１で説明した周期的な入出力関係の分波特性が実現される。
【００１１】
このように、ＡＷＧと光カプラによってＮ×Ｎ周回性光波長合分波回路を単一のプレーナ光波回路として構成する場合、ＡＷＧと光カプラを接続する接続用導波路においては、最大Ｎ−１本の他の接続用導波路との交差が必要である。図３のＮ＝４の例であれば、ＡＷＧ１３の出力導波路（４）あるいは（５）に対応する導波路は、他の３本の導波路と交差する。
【００１２】
また、ＡＷＧ１３の出力導波路（３）あるいは（６）に対応する導波路、および（２）あるいは（７）に対応する導波路は、他の導波路とそれぞれ２回、１回交差し、（８）に対応する導波路は交差が無い。すなわち、各接続用導波路によって他の導波路と交差する回数が異なるわけである。
【００１３】
Ｎ×Ｎ周回性光波長合分波回路を一つの例として、上述したプレーナ光波回路のような光導波回路では、より複雑な導波路レイアウトを実現するため、または複数の要素回路を組合せて接続するために、導波路の交差が必要となることがある。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、導波路の交差においては損失が生じるため、複雑な導波路レイアウトや、多数の要素回路の組合せ接続において、多数の交差を含む回路となると、その損失の累積のために回路の損失特性が悪化してしまい、回路の実用が困難となる。
【００１５】
特に上述したように、Ｎ×Ｎ周回性光波長合分波回路を単一のプレーナ光波回路として構成する場合、回路の規模Ｎに対して最大Ｎ−１回の導波路交差が存在し、また各接続導波路によって交差回数が異なる。よって大規模な回路を実現しようとすると、回路の損失が大きくなってしまい、また入出力ポートおよび回路を通過する光信号波長によって、大きな損失差が生じてしまう。
【００１６】
このため、従来の周回性光波長合分波回路ではその波長多重数や入出力ポート数といった回路規模が大きく、かつ良好な損失特性を有する回路を実現するのが困難であるという問題があった。
【００１７】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、多数の交差を含みながらも低損失である実用的な光導波回路、特に、その回路規模Ｎが大きく、かつ良好な損失特性を有するＮ×Ｎ周回性光合分波回路である光導波回路を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、クラッドとコアとを有する第１の光導波路と、クラッドとコアとを有し、かつ前記第１の光導波路と順次交差する複数の光導波路からなる第２の光導波路群を含む光導波回路であって、Ｎ本（Ｎは２以上の整数）の入力導波路と２Ｎ本の出力導波路を有するＮ×２Ｎアレイ導波路格子を備え、前記第１の光導波路が、前記出力導波路のうち導波路Ｌ（Ｌ＝２、３、・・・Ｎ）に一端を接続しており、かつ前記第２の光導波路群の各導波路が、前記出力導波路のうち導波路Ｎ＋１から導波路Ｎ＋Ｌ−１それぞれに一端を接続しており、前記出力導波路のうち導波路Ｍと導波路Ｍ＋Ｎ（Ｍ＝１、２、・・・Ｎ）の各導波路に一端を接続する導波路対を他端で合流するＭ個の光カプラを備え、前記入力導波路を入力ポートとし、前記光カプラの出力を出力ポートとしており、前記第１の光導波路で前記第２の光導波路群との交差から生じる最大の光強度損失と、前記Ｎ×２Ｎアレイ導波路格子における前記出力導波路の各導波路間の最大光強度損失差がほぼ等しくなるよう前記Ｎ×２Ｎアレイ導波路格子の自由スペクトル領域を設定し、前記出力ポートの損失を均一にすることが可能な周回性光合分波回路であることを特徴とする。
また、請求項２に記載の発明は、クラッドとコアとを有する第１の光導波路と、クラッドとコアとを有し、かつ前記第１の光導波路と順次交差する複数の光導波路からなる第２の光導波路群を含む光導波回路であって、Ｎ本（Ｎは２以上の整数）の入力導波路と２Ｎ本の出力導波路を有するＮ×２Ｎアレイ導波路格子を備え、前記第１の光導波路が、前記出力導波路のうち導波路Ｌ（Ｌ＝Ｎ＋１、Ｎ＋２、・・・２Ｎ−１）に一端を接続しており、かつ前記第２の光導波路群の各導波路が、前記出力導波路のうち導波路Ｌ−Ｎ＋１から導波路Ｎそれぞれに一端を接続しており、前記出力導波路のうち導波路Ｍと導波路Ｍ＋Ｎ（Ｍ＝１、２、・・・Ｎ）の各導波路に一端を接続する導波路対を他端で合流するＭ個の光カプラを備え、前記入力導波路を入力ポートとし、前記光カプラの出力を出力ポートとしており、前記第１の光導波路で前記第２の光導波路群との交差から生じる最大の光強度損失と、前記Ｎ×２Ｎアレイ導波路格子における前記出力導波路の各導波路間の最大光強度損失差がほぼ等しくなるよう前記Ｎ×２Ｎアレイ導波路格子の自由スペクトル領域を設定し、前記出力ポートの損失を均一にすることが可能な周回性光合分波回路であることを特徴とする。
また、請求項３に記載の発明は、クラッドとコアとを有する第１の光導波路と、クラッドとコアとを有し、かつ前記第１の光導波路と順次交差する複数の光導波路からなる第２の光導波路群を含む光導波回路であって、前記第１の光導波路は、前記第２の光導波路群と交差する交差部と、該交差部の前後でコア幅を変換するテーパ部と、光波を入出力する入力端部および出力端部とを有し、前記交差部のコアの幅が前記入出力端部のコアの幅と異なるか又は前記交差部のコアの高さが前記入出力端部のコアの高さと異なるか又は前記交差部のコアの幅、高さが共に前記入出力端部のコアの幅、高さと各々異なるように設定され、前記入出力端部と前記交差部の間は、前記テーパ部によって滑らかにコア幅が変換されており、Ｎ本（Ｎは２以上の整数）の入力導波路と２Ｎ本の出力導波路を有するＮ×２Ｎアレイ導波路格子を備え、前記第１の光導波路が、前記出力導波路のうち導波路Ｌ（Ｌ＝２、３、・・・Ｎ）に一端を接続しており、かつ前記第２の光導波路群の各導波路が、前記出力導波路のうち導波路Ｎ＋１から導波路Ｎ＋Ｌ−１それぞれに一端を接続しており、前記出力導波路のうち導波路Ｍと導波路Ｍ＋Ｎ（Ｍ＝１、２、・・・Ｎ）の各導波路に一端を接続する導波路対を他端で合流するＭ個の光カプラを備え、前記入力導波路を入力ポートとし、前記光カプラの出力を出力ポートとしており、前記第１の光導波路で前記第２の光導波路群との交差から生じる最大の光強度損失と、前記Ｎ×２Ｎアレイ導波路格子における前記出力導波路の各導波路間の最大光強度損失差がほぼ等しくなるよう前記Ｎ×２Ｎアレイ導波路格子の自由スペクトル領域を設定し、前記出力ポートの損失を均一にすることが可能な周回性光合分波回路であることを特徴とする。
また、請求項４に記載の発明は、クラッドとコアとを有する第１の光導波路と、クラッ ドとコアとを有し、かつ前記第１の光導波路と順次交差する複数の光導波路からなる第２の光導波路群を含む光導波回路であって、前記第１の光導波路は、前記第２の光導波路群と交差する交差部と、該交差部の前後でコア幅を変換するテーパ部と、光波を入出力する入力端部および出力端部とを有し、前記交差部のコアの幅が前記入出力端部のコアの幅と異なるか又は前記交差部のコアの高さが前記入出力端部のコアの高さと異なるか又は前記交差部のコアの幅、高さが共に前記入出力端部のコアの幅、高さと各々異なるように設定され、前記入出力端部と前記交差部の間は、前記テーパ部によって滑らかにコア幅が変換されており、Ｎ本（Ｎは２以上の整数）の入力導波路と２Ｎ本の出力導波路を有するＮ×２Ｎアレイ導波路格子を備え、前記第１の光導波路が、前記出力導波路のうち導波路Ｌ（Ｌ＝Ｎ＋１、Ｎ＋２、・・・２Ｎ−１）に一端を接続しており、かつ前記第２の光導波路群の各導波路が、前記出力導波路のうち導波路Ｌ−Ｎ＋１から導波路Ｎそれぞれに一端を接続しており、前記出力導波路のうち導波路Ｍと導波路Ｍ＋Ｎ（Ｍ＝１、２、・・・Ｎ）の各導波路に一端を接続する導波路対を他端で合流するＭ個の光カプラを備え、前記入力導波路を入力ポートとし、前記光カプラの出力を出力ポートとしており、前記第１の光導波路で前記第２の光導波路群との交差から生じる最大の光強度損失と、前記Ｎ×２Ｎアレイ導波路格子における前記出力導波路の各導波路間の最大光強度損失差がほぼ等しくなるよう前記Ｎ×２Ｎアレイ導波路格子の自由スペクトル領域を設定し、前記出力ポートの損失を均一にすることが可能な周回性光合分波回路であることを特徴とする。
また、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明において、前記第１の光導波路における前記交差部が直線導波路であることを特徴とする。
また、請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の発明において、前記第２の光導波路群に含まれる各導波路が、前記第１の光導波路と所定の一定の間隔で交差することを特徴とする。
また、請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６のいずれかに記載の発明において、前記クラッドと前記コアが石英系ガラスからなることを特徴とする。
また、請求項８に記載の発明は、請求項５乃至７のいずれかに記載の発明において、前記第１の光導波路と、前記第２の光導波路群に含まれる導波路の一部あるいは全部が、垂直に交差するように前記第１の光導波路および前記第２の光導波路群を配置したことを特徴とする。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。
【００２７】
［実施例１］
図４及び図５（ａ），（ｂ）は、本発明の光導波回路の第１実施例を説明するための図で、図４は、光導波回路の平面図、図５（ａ）は、図４におけるａ−ａ’線での断面図、図５（ｂ）は図４におけるｂ−ｂ’線での断面図である。図中符号２１はＳｉ基板、２８はクラッドであり、２２〜２７は導波路コアの形状を示している。２２は入力端部、２３はテーパ部、２４は交差部、２５はテーパ部、２６は出力端部、２７は交差部２４と交差する対象の導波路である。
【００２８】
ここで導波路コアの幅は、入出力端部２２および２６においてｗ１、交差部２４においてｗ２とし、導波路コアの厚さはｈとする。ここで本発明の特徴として、ｗ２＞ｗ１である。交差部２４の導波路２７の交差ピッチは一定値ｄであり、交差角度をθとする。
【００２９】
本実施例においては、導波路コアとクラッドの屈折率差を１．５％とし、光波長１．５μｍ帯の光波が伝播するものとする。入出力端部２２および２６におけるコアのサイズｗ１×ｈは、伝播する光波の単一モードであるよう５μｍ×５μｍと設定する。
【００３０】
図６は、導波路の交差間隔ｄ＝１０００μｍ、交差角度θ＝８０°としたときの単一交差あたりの光強度損失を、ｗ２の関数として示した図である。ｗ２＝ｗ１＝５μｍであるときに比べ、ｗ２＞ｗ１とすることで交差による損失が低減できることがわかる。この実施例においてはｗ２＝１２μｍを採用する。
【００３１】
ここで本実施例においては、交差部２４と交差する導波路２７が１００本あるとした場合、従来のようにｗ２＝ｗ１＝５μｍであるときの交差損失は５．８ｄＢであるのに対し、本発明のようにｗ２＝１２μｍであるときの交差損失は１．８ｄＢであり、本発明により大幅な交差損失低減が可能であることがわかる。
【００３２】
［実施例２］
図７及び図８（ａ），（ｂ）は、本発明の光導波回路の第２実施例を説明するための図で、図７は光導波路回路の平面図で、図８（ａ）は、図７におけるａ−ａ’線での断面図、図８（ｂ）は、図７におけるｂ−ｂ’線での断面図である。図中符号３１はＳｉ基板、３８はクラッドであり、３２〜３７は導波路コアの形状を示している。３２は入力端部、３３はテーパ部、３４は交差部、３５はテーパ部、３６は出力端部、３７は交差部３４と交差する対象の導波路である。
【００３３】
ここで導波路コアの幅は、入出力端部３２および３６においてｗ１、交差部３４においてｗ２とし、導波路コアの厚さはｈとする。ここで本発明の特徴として、ｗ２＞ｗ１である。交差部３４の導波路３７の交差ピッチは一定値ｄであり、交差角度をθとする。
【００３４】
本実施例においては、導波路コアとクラッドの屈折率差を１．５％とし、光波長１．５μｍ帯の光波が伝播するものとする。入出力端部３２および３６におけるコアのサイズｗ１×ｈは、伝播する光波の単一モードであるよう５μｍ×５μｍと設定する。
【００３５】
図９は、導波路の交差間隔ｄ＝１０００μｍ、交差角度θ＝８０°としたときの単一交差あたりの光強度損失、ｗ２の関数として示した図である。ｗ２＝ｗ１＝５μｍであるときに比べ、ｗ２＜ｗ１とすることで交差する損失が低減できることがわかる。この実施例においてはｗ２＝３μｍを採用する。
【００３６】
ここで本実施例においては、交差部３４と交差する導波路３７が１００本あるとした場合、従来のようにｗ２＝ｗ１＝５μｍであるときの交差損失は５．８ｄＢであるのに対し、本発明のようにｗ２＝３μｍであるときの交差損失は３．５ｄＢであり、本発明により大幅な交差損失低減が可能であることがわかる。
【００３７】
［実施例３］
図１０は、本発明の光導波回路の第３実施例を説明するための図で、本発明の光導波回路を、Ｎ×Ｎ周回性光合分波回路に適用した構成図である。図中符号４１はＳｉ基板、４２は入力導波路数がＮ、出力導波路数が２Ｎである、Ｎ×２ＮＡＷＧであり、Ｎ本の入力導波路がＮ×Ｎ周回性光合分波回路の入力ポートとなる。４３〜４７は交差を含む２Ｎ本の接続導波路であり、４３は入力端部、４４はテーパ部、４５は交差部、４６はテーパ部、４７は出力端部である。４８は２つの光入力を合流するＮ個の光カプラであり、本例においてはマルチモード干渉回路を採用している。各光カプラ４８からのＮ本の出力導波路がＮ×Ｎ周囲性光合分波回路の出力ポートとなる。
【００３８】
本実施例においては、導波路コアとクラッドの屈折率差を１．５％とし、光波長１．５５μｍ帯の光波を合分波するものとする。Ｎ×２ＮＡＷＧ４２の入出力導波路およびアレイ導波路、接続導波路の入出力端部４３および４７、光カプラ４８の入出力導波路におけるコアのサイズは、伝播する光波が単一モードであるよう５μｍ×５μｍと設定する。接続導波路の交差部４３におけるコア幅は、入出力端部より太く１２μｍとし、他の接続導波路との交差間隔を１０００μｍとする。
【００３９】
図１１は、導波路のコア幅１２μｍ、交差間隔１０００μｍとしたときの単一交差あたりの光強度損失を交差角度の関数として示した図である。交差角度９０度で損失がもっとも低く、単一交差あたり０．０１５ｄＢである。本実施例においては、接続導波路の交差角度が９０度となるよう図１０のように導波路をレイアウトする。
【００４０】
ここで本実施例のＮ×Ｎ周回性光合分波回路において、Ｎ＝１００であるとした場合、接続導波路の交差数は最大で９９ある。従来のように交差部のコア幅を５μｍで交差したときの交差損失は、単一交差あたり０．０５１ｄＢであるから、最大で５．１ｄＢになる。本発明での交差損失は単一交差あたり０．０１５ｄＢであるから、最大で１．５ｄＢであり、本発明によって最大交差損失およびポートによる交差損失差が低減可能であることがわかる。
【００４１】
また一般に、Ｎ×２ＮＡＷＧの合分波波長間隔をｓ［ｎｍ］、自由スペクトル領域（Free Spectral Range：ＦＳＲ）をｔ［ｎｍ］とすると、Ｎ×２ＮＡＷＧ４２の中央の出力導波路への出力と、端部の出力導波路への出力との損失差は、図１２のように２ｓＮ／ｔに依存する。図１２からわかるように、ＦＳＲをもっとも小さくｔ＝２ｓＮと設計した場合の損失差は２．５ｄＢ程度になり、ＦＳＲを大きく設計するにつれ、損失差は減少する。
【００４２】
図１０に示した構成図からわかるように、Ｎ×Ｎ周回性光合分波回路において、Ｎ×２ＮＡＷＧ４２のｉ番目の出力導波路に接続する接続導波路の交差数は、ｉ≦Ｎのときｉ−１、ｉ≧Ｎのとき２Ｎ−ｉである。すなわち、Ｎ×２ＮＡＷＧ４２の中央の出力導波路に接続する接続導波路では交差数が最小であり、端の出力導波路に接続する接続導波路では交差数が最大となる。これにより、Ｎ×２ＮＡＷＧ４２の中央と端の出力の損失差が、これらに接続する接続導波路における交差損失差を相殺するようにＦＳＲを設計することで、Ｎ×Ｎ周回性光合分波回路の各出力ポートの損失を均一にすることが可能である。
【００４３】
ここで本実施例のＮ×Ｎ周回性光合分波回路において、Ｎ＝１００であるとした場合、Ｎ×２ＮＡＷＧ４２の各出力での損失分布と、それらに接続する接続導波路における交差損失分布、および両損失の和を図１３に示す。本実施例ではＮ×２ＮＡＷＧ４２のＦＳＲはｔ＝１．２３×２ｓＮを採用し、図１３に示すように、Ｎ×２ＮＡＷＧ４２の中央の出力の損失は３．０ｄＢ、端の出力の損失は４．５ｄＢとなって、その損失差は１．５ｄＢである。一方、接続導波路における交差損失は単一交差あたり０．０１５ｄＢであるから、Ｎ×２ＮＡＷＧ４２の中央の出力導波路に接続する接続導波路で最大の１．５ｄＢ、端の出力導波路に接続する接続導波路では交差が無く交差損失はゼロである。
【００４４】
よって、Ｎ×２ＮＡＷＧ４２との接続導波路を合わせた損失の分布は、図１３に示すように、４．０−４．５ｄＢの間に収まり、損失偏差を０．５ｄＢ以下に抑えることができている。Ｎ×２ＮＡＷＧ４２の入力導波路間の損失差、および各光カプラ間の損失差は比較的小さいので、Ｎ×Ｎ周回性光合分波回路の各出力ポートの損失を０．５ｄＢ程度の範囲で均一にすることができ、本発明により、低損失かつ損失均一なＮ×Ｎ周回性光合分波回路を実現できる。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、クラッドとコアとから構成される第１の光導波路と、クラッドとコアとから構成され、かつ第１の光導波路と順次交差する複数の光導波路からなる第２の光導波路群を含む光導波回路であって、第１の光導波路は、第２の光導波路群と交差する交差部と、交差部の前後でコア幅を変換するテーパ部と、光波を入出力する入力端部および出力端部とから構成され、交差部のコアの幅が入出力端部のコアの幅と異なるか又は交差部のコアの高さが入出力端部のコアの高さと異なるように設定され、入出力端部と交差部の間は、テーパ部によって滑らかにコア幅が変換されているので、交差を含む光導波回路における交差損失を低減し、かつ従来より低損失である実用的な光導波回路を実現できる。特に、波長多重数や入出力ポート数といった回路規模が大きく、かつ従来のものよりも良好な損失特性、すなわち低損失性および損失均一性を有する、Ｎ×Ｎ周回性光合分波回路を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｎ×Ｎ周回性光波長光合分波回路における分波特性の一例を示す図である。
【図２】ＡＷＧの回路構成を示す図である。
【図３】ＡＷＧと光カプラとを用いた従来のＮ×Ｎ周回性光合分波回路の一例を示す図である。
【図４】本発明の光導波回路の第１実施例を説明するための図で、光導波回路の平面図である。
【図５】本発明の光導波回路の第１実施例を説明するための図で、（ａ）は、図４におけるａ−ａ’線での断面図、（ｂ）は図４におけるｂ−ｂ’線での断面図である。
【図６】導波路の交差損失の導波路コア幅依存性を示す図である。
【図７】本発明の光導波回路の第２実施例を説明するための図で、光導波路回路の平面図である。
【図８】本発明の光導波回路の第２実施例を説明するための図で、（ａ）は、図７におけるａ−ａ’線での断面図、（ｂ）は、図７におけるｂ−ｂ’線での断面図である。
【図９】導波路の交差損失の導波路コア幅依存性を示す図である。
【図１０】本発明の光導波回路の第３実施例を説明するための図である。
【図１１】導波路の交差損失の交差角度依存性を示す図である。
【図１２】ＡＷＧの中央−端出力の損失差のＦＳＲ依存性を示す図である。
【図１３】本発明の第３実施例であるＮ×Ｎ周回性光合分波回路におけるＡＷＧの出力の損失分布および接続導波路の交差損失分布を示す図である。
【符号の説明】
１，２１，３１，４１ Ｓｉ基板
２ 入力導波路
３ 第１のスラブ導波路
４ アレイ導波路
５ 第２のスラブ導波路
６ 出力導波路
１１ 入力ポート
１２ 出力ポート
１３ ＡＷＧ
１４，４８ ２×１光カプラ
１５ 接続用導波路
２２，３２，４３ 導波路入力端部
２３，２５，３３，３５，４４，４６ 導波路テーパ部
２４，３４，４５ 導波路交差部
２６，３６，４７ 導波路出力端部
２７，３７ 導波路
２８，３８ クラッド
４２ Ｎ×２ＮＡＷＧ
Claims (8)
- クラッドとコアとを有する第１の光導波路と、クラッドとコアとを有し、かつ前記第１の光導波路と順次交差する複数の光導波路からなる第２の光導波路群を含む光導波回路であって、
Ｎ本（Ｎは２以上の整数）の入力導波路と２Ｎ本の出力導波路を有するＮ×２Ｎアレイ導波路格子を備え、前記第１の光導波路が、前記出力導波路のうち導波路Ｌ（Ｌ＝２、３、・・・Ｎ）に一端を接続しており、かつ前記第２の光導波路群の各導波路が、前記出力導波路のうち導波路Ｎ＋１から導波路Ｎ＋Ｌ−１それぞれに一端を接続しており、前記出力導波路のうち導波路Ｍと導波路Ｍ＋Ｎ（Ｍ＝１、２、・・・Ｎ）の各導波路に一端を接続する導波路対を他端で合流するＭ個の光カプラを備え、前記入力導波路を入力ポートとし、前記光カプラの出力を出力ポートとしており、
前記第１の光導波路で前記第２の光導波路群との交差から生じる最大の光強度損失と、前記Ｎ×２Ｎアレイ導波路格子における前記出力導波路の各導波路間の最大光強度損失差がほぼ等しくなるよう前記Ｎ×２Ｎアレイ導波路格子の自由スペクトル領域を設定し、前記出力ポートの損失を均一にすることが可能な周回性光合分波回路であることを特徴とする光導波回路。 - クラッドとコアとを有する第１の光導波路と、クラッドとコアとを有し、かつ前記第１の光導波路と順次交差する複数の光導波路からなる第２の光導波路群を含む光導波回路であって、
Ｎ本（Ｎは２以上の整数）の入力導波路と２Ｎ本の出力導波路を有するＮ×２Ｎアレイ導波路格子を備え、前記第１の光導波路が、前記出力導波路のうち導波路Ｌ（Ｌ＝Ｎ＋１、Ｎ＋２、・・・２Ｎ−１）に一端を接続しており、かつ前記第２の光導波路群の各導波路が、前記出力導波路のうち導波路Ｌ−Ｎ＋１から導波路Ｎそれぞれに一端を接続しており、前記出力導波路のうち導波路Ｍと導波路Ｍ＋Ｎ（Ｍ＝１、２、・・・Ｎ）の各導波路に一端を接続する導波路対を他端で合流するＭ個の光カプラを備え、前記入力導波路を入力ポートとし、前記光カプラの出力を出力ポートとしており、
前記第１の光導波路で前記第２の光導波路群との交差から生じる最大の光強度損失と、前記Ｎ×２Ｎアレイ導波路格子における前記出力導波路の各導波路間の最大光強度損失差がほぼ等しくなるよう前記Ｎ×２Ｎアレイ導波路格子の自由スペクトル領域を設定し、前記出力ポートの損失を均一にすることが可能な周回性光合分波回路であることを特徴とする光導波回路。 - クラッドとコアとを有する第１の光導波路と、クラッドとコアとを有し、かつ前記第１の光導波路と順次交差する複数の光導波路からなる第２の光導波路群を含む光導波回路であって、
前記第１の光導波路は、前記第２の光導波路群と交差する交差部と、該交差部の前後でコア幅を変換するテーパ部と、光波を入出力する入力端部および出力端部とを有し、前記交差部のコアの幅が前記入出力端部のコアの幅と異なるか又は前記交差部のコアの高さが前記入出力端部のコアの高さと異なるか又は前記交差部のコアの幅、高さが共に前記入出力端部のコアの幅、高さと各々異なるように設定され、前記入出力端部と前記交差部の間は、前記テーパ部によって滑らかにコア幅が変換されており、
Ｎ本（Ｎは２以上の整数）の入力導波路と２Ｎ本の出力導波路を有するＮ×２Ｎアレイ導波路格子を備え、前記第１の光導波路が、前記出力導波路のうち導波路Ｌ（Ｌ＝２、３、・・・Ｎ）に一端を接続しており、かつ前記第２の光導波路群の各導波路が、前記出力導波路のうち導波路Ｎ＋１から導波路Ｎ＋Ｌ−１それぞれに一端を接続しており、前記出力導波路のうち導波路Ｍと導波路Ｍ＋Ｎ（Ｍ＝１、２、・・・Ｎ）の各導波路に一端を接続する導波路対を他端で合流するＭ個の光カプラを備え、前記入力導波路を入力ポートとし、前記光カプラの出力を出力ポートとしており、
前記第１の光導波路で前記第２の光導波路群との交差から生じる最大の光強度損失と、前記Ｎ×２Ｎアレイ導波路格子における前記出力導波路の各導波路間の最大光強度損失差がほぼ等しくなるよう前記Ｎ×２Ｎアレイ導波路格子の自由スペクトル領域を設定し、前 記出力ポートの損失を均一にすることが可能な周回性光合分波回路であることを特徴とする光導波回路。 - クラッドとコアとを有する第１の光導波路と、クラッドとコアとを有し、かつ前記第１の光導波路と順次交差する複数の光導波路からなる第２の光導波路群を含む光導波回路であって、
前記第１の光導波路は、前記第２の光導波路群と交差する交差部と、該交差部の前後でコア幅を変換するテーパ部と、光波を入出力する入力端部および出力端部とを有し、前記交差部のコアの幅が前記入出力端部のコアの幅と異なるか又は前記交差部のコアの高さが前記入出力端部のコアの高さと異なるか又は前記交差部のコアの幅、高さが共に前記入出力端部のコアの幅、高さと各々異なるように設定され、前記入出力端部と前記交差部の間は、前記テーパ部によって滑らかにコア幅が変換されており、
Ｎ本（Ｎは２以上の整数）の入力導波路と２Ｎ本の出力導波路を有するＮ×２Ｎアレイ導波路格子を備え、前記第１の光導波路が、前記出力導波路のうち導波路Ｌ（Ｌ＝Ｎ＋１、Ｎ＋２、・・・２Ｎ−１）に一端を接続しており、かつ前記第２の光導波路群の各導波路が、前記出力導波路のうち導波路Ｌ−Ｎ＋１から導波路Ｎそれぞれに一端を接続しており、前記出力導波路のうち導波路Ｍと導波路Ｍ＋Ｎ（Ｍ＝１、２、・・・Ｎ）の各導波路に一端を接続する導波路対を他端で合流するＭ個の光カプラを備え、前記入力導波路を入力ポートとし、前記光カプラの出力を出力ポートとしており、
前記第１の光導波路で前記第２の光導波路群との交差から生じる最大の光強度損失と、前記Ｎ×２Ｎアレイ導波路格子における前記出力導波路の各導波路間の最大光強度損失差がほぼ等しくなるよう前記Ｎ×２Ｎアレイ導波路格子の自由スペクトル領域を設定し、前記出力ポートの損失を均一にすることが可能な周回性光合分波回路であることを特徴とする光導波回路。 - 前記第１の光導波路における前記交差部が直線導波路であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の光導波回路。
- 前記第２の光導波路群に含まれる各導波路が、前記第１の光導波路と所定の一定の間隔で交差することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の光導波回路。
- 前記クラッドと前記コアが石英系ガラスからなることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の光導波回路。
- 前記第１の光導波路と、前記第２の光導波路群に含まれる導波路の一部あるいは全部が、垂直に交差するように前記第１の光導波路および前記第２の光導波路群を配置したことを特徴とする請求項５乃至７のいずれかに記載の光導波回路。
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